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[我问你答] UG模具设计之挤压模具设计原则

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发表于 2022-5-5 15:07 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 n5tznpz 于 2022-5-5 15:11 编辑 : A, \* E' C4 [$ Z% U9 B' ~, C
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概 述
% ~' a2 N' @9 K! @
/ U/ Q7 F% a4 h. G( T8 g9 ^
塑料挤出成型是用加热的方法使塑料成为流动状态,然后在一定压力的作用下使它通过塑模,经定型后制得连续的型材。挤出法加工的塑料制品种类很多,如管材、薄膜、棒材、板材、电缆敷层、单丝以及异形截面型材等。挤出机还可以对塑料进行混合、塑化、脱水、造粒和喂料等准备工序或半成品加工。因此,挤出成型已成为最普通的塑料成型加工方法之一。
4 G( Q5 j+ ~$ }0 I( `5 l

+ J# W" S) v; e6 r+ k用挤出法生产的塑料制品大多使用热塑性塑料,也有使用热固性塑料的。如聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、尼龙、ABS、聚碳酸酯、聚砜、聚甲醛、氯化聚醚等热塑性塑料以及酚醛、脲醛等热固性塑料。' m8 L# l3 F' }/ Y) g! `

- Q! M! k/ R% ?( L/ [' ]挤出成型具有效率高、投资少、制造简便,可以连续化生产,占地面积少,环境清洁等优点。通过挤出成型生产的塑料制品得到了广泛的应用,其产量占塑料制品总量的三分之一以上。因此,挤出成型在塑料加工工业中占有很重要的地位。
$ T$ E" g: P% U6 N! H6 ^
5 J- u, T! g% o$ X9 K; o

8 p1 T2 o4 f8 e% U' s! |$ c& e( F
挤出成型机头典型结构分析
7 }9 c5 k$ s- i/ n# N% v1 B$ y
! c' r% U$ j: i% K6 J, t6 e! H
机头是挤出成型模具的主要部件,它有下述四种作用。2 g& K* F) C: v$ S

6 s. m* R" I7 p; b(1)使物料由螺旋运动变为直线运动。
4 b& c9 ]2 P9 u' H) A- [
5 X6 X1 |9 c2 i  o
(2)产生必要的成型压力,保证制品密实。4 f/ g: w8 q3 I

. ?' Y) q( ~. f(3)使物料通过机头得到进一步塑化。
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  d" Q* Y& [1 N8 Z, w' W
(4)通过机头成型所需要的断面形状的制品. @7 z+ a6 E! `% f% \$ a
* v. I4 b) H/ x' l6 x3 J
现以管材挤出机头为例,分析一下机头的组成与 结构,见图所示
& m$ S3 R- Y" o+ H- Z+ u' J% e- e' c! X
1.png
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( D( F( O  c/ m: H+ G

+ @" a% ~3 @% g# n
4 i/ c' B4 K" Y/ G. M" N
 楼主| 发表于 2022-5-5 15:12 | 显示全部楼层
1.口模和芯棒
" R3 @+ F# [+ S
: C4 b6 _5 J7 p6 }2 g* B! ?口模成型制品的外表面,芯棒成型制品的内表面,故口模和芯棒的定型部分决定制品的横截面形状和尺寸。8 d# r# I5 Q& _! x( X" S1 ~) E; P
/ R. i" K$ ]+ V' a) W  E9 s
2.多孔板(过滤板、栅板)# i: M* T& A6 Z
. K3 R; s9 Q* R/ h) h- r) F
如图8-2所示,多孔板的作用是将物料由螺旋运动变为直线运动,同时还能阻止未塑化的塑料和机械杂质进入机头。此外,多孔板还能形成一定的机头压力,使制品更加密实。$ l( A' G, ~* s" j* u6 i
7 w  r1 s4 d% {- U0 M6 y
2.png
8 h( ]7 l3 j8 Z! _4 `1 `; [" [) w

, e. \" c5 O$ C6 p* a* Q. `3.分流器和分流器支架! O/ Q. V9 B& y7 t- @
. m( Y7 M- R& J# X
分流器又叫鱼雷头。塑料通过分流器变成薄环状,便于进一步加热和塑化。大型挤出机的分流器内部还装有加热装置。
' D. p! i2 A4 o' p: {$ A; N2 K

9 I9 X- ^, E3 I  N) F分流器支架主要用来支撑分流器和芯棒,同时也使料流分束以加强搅拌作用。小型机头的分流器支架可与分流器设计成整体。. a3 b+ i8 x! p7 t" s
& u6 |& u+ C3 [) B# ~6 R
4.调节螺钉
9 E5 R. u5 J- j  B1 h" `( O0 w
5 M: Z, e' {1 ~+ H- z+ b0 H用来调节口模与芯棒之间的间隙,保证制品壁厚均匀。
. H& a( X1 W# a" l
+ I( `# J% s. h4 h5.机头体
# n3 E( ?9 V7 S% A8 f
2 d9 ~/ D( D/ R% ]  r, \
用来组装机头各零件及挤出机连接。8 I& _, _- e( _2 D8 v

+ q" Q. Z- c0 H( _6.定径套
# U2 ?0 P, N5 d: c' J  \/ \* p/ ~. ~
使制品通过定径套获得良好的表面粗糙度,正确的尺寸和几何形状。
( i# l1 \) a3 e5 h" m
$ K1 Q" {5 D6 C4 [- [7.堵塞. w. b" i6 P) y
4 e- N. c& g! |2 B
防止压缩空气泄漏,保证管内一定的压力。
- ^! d. h1 N& ^9 w6 q9 Y/ ~8 G. j! a+ }

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 楼主| 发表于 2022-5-5 15:13 | 显示全部楼层
挤出成型机头分类及其设计原则1 w* q5 u8 G( n0 m; S2 v8 j& Q% [, J
3 W2 v8 b  U1 Y8 C- _2 H) l. Q" C
1.分类
! d- ?' R6 h; i' n

! z; ?( ?& T0 ?# \! M4 U  A, g) D3 U由于挤出制品的形状和要求不同,因此要有相应的机头满足制品的要求,机头种类很多,大致可按以下三种特征来进行分类:! P( Q0 ]% ?: w# I( L7 X3 {* |6 h, @+ V
; }3 m* u, V; w, g5 Z+ w& B8 n
(1)按机头用途分类9 D5 F4 o; @2 g2 L1 r
# ?& J3 B& |- g1 }* Z! q# I8 v
可分为挤管机头、吹管机头、挤板机头等;
' T  d: }% c% [; ?" S: o. H

, u* O; D+ @9 N1 r* `(2)按制品出口方向分类
4 q7 H* W# ]- w
2 m1 a* z6 N# x/ K! |
可分为直向机头和横向机头,前者机头内料流方向与挤出机螺杆轴向一致,如硬管机头;后者机头内料流方向与挤出机螺杆轴向成某一角度,如电缆机头;
( k( l0 M) I5 R5 r5 P) j' N
* p4 v1 J0 `% e1 V4 h
(3)按机头内压力大小分类% V/ b! A9 p. h, M# Z
4 i' [5 E6 F( r2 J
可分为低压机头(料流压力为MPa)、中压机头(料流压力为4-10MPa)和高压机头(料流压力在10MPa以上)
( G- J3 W% `% c% [, X
: M1 C9 w& a4 H7 v& W
2.设计原则
6 j% z1 Z* S' e* o0 F: ^
; J$ n9 j0 i4 _3 E
(1)流道呈流线型
) K. g8 m; U+ T# K4 s" k
8 o$ a+ y! A0 _0 i
为使物料能沿着机头的流道充满并均匀地被挤出,同时避免物料发生过热分解,机头内流道应呈流线型,不能急剧地扩大或缩小,更不能有死角和停滞区,流道应加工得十分光滑,表面粗糙度应在Ra 0.4um以下。
9 k( _8 A& Z# S5 p8 R1 H
5 |5 w! ]/ p8 r) z) F% k7 d9 R0 n+ M
(2)足够的压缩比
7 K4 Y! e) m  x: g4 b% X$ D

" x9 V$ z7 o$ r% b9 Z4 i为使制品密实和消除因分流器支架造成的结合缝,根据制品和塑料种类不同,应设计足够的压缩比。
. }3 L' S. h" h3 o

1 g, `9 I9 w7 ]' e0 m* |(3)正确的断面形状
' b. x# R7 z$ N
* p1 A+ a* V  c( O机头的成型部分的设计应保证物料挤出后具有规定的断面形状,由于塑料的物理性能和压力、温度等因素的影响,机头的成型部分的断面形状并非就是制品的相应的断面形状,二者有相当的差异,设计时应考虑此因素,使成型部分有合理的断面形状。由于制品断面形状的变化与成型时间有关,因此控制必要的成型长度是一个有效的方法。9 i, i& g% w2 k# F

: e) G: T" D; r4 ?  h: I5 B' i- x(4)结构紧凑( n* l  M% s3 L
) N; j) {) D0 `2 e" _
在满足强度条件下,机头结构应紧凑,其形状应尽量做得规则而对称,使传热均匀,装卸方便和不漏料。
8 p- o) G0 s5 w5 h. ~, {% I, n$ x

1 S+ V0 I7 S' t6 f: F1 B$ k  @2 c. R(5)选材要合理% f% @$ l! y: ]" ]

5 [# S6 x" A* `/ D/ ]  ^5 Z, @由于机头磨损较大,有的塑料又有较强的腐蚀性,所以机头材料应选择耐磨、硬度较高的碳钢或合金钢,有的甚至要镀铬,以提高机头耐腐蚀性。  Z# {5 O9 B: t( ?& p$ m

; O4 V% ~# S; K2 O; g1 H- m5 s此外,机头的结构尺寸还和制品的形状、加热方法、螺杆形状、挤出速度等因素有关。设计者应根据具体情况灵活应用上述原则
$ }) u1 t/ \, o5 a& A

% _0 ^3 U, R6 p) N, `4 G, B# ~7 C
典型挤出机头及设计
, V% E9 {. ]/ \( _
) j4 b, [8 f5 Z% P
常见的挤出机头有管材挤出机头、吹管膜机头、电线电缆包覆机头、异形材料挤出机头等。
* H- T, E( G) L3 {5 \管材挤出机头及设计7 V0 P' P0 A/ T+ n9 a+ o

; E: b' `1 w0 Q1 @3 r
) f* X9 h9 A- O/ q6 M) s3 H+ R6 L) h" }+ q
3 F0 f3 {+ S7 h% ]" s; c
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 楼主| 发表于 2022-5-5 15:15 | 显示全部楼层
1.管材挤出机头的结构形式
. ~2 W- b! w; w- O, F  i2 `# A, S; Q, V8 ~' e
常见的管材挤出机头结构形式有以下几种:
: Y. J! q1 X- F) K- \( _# q" V

5 K' [4 d' F/ N; ~(1)直管式机头 图8-3为直管式机头。其结构简单,具有分流器支架。芯模加热困难,定型长度较长。适用于PVC、PA、PC、PE、PP等塑料的薄壁小口径的管材挤出。0 R4 {$ n5 R8 B/ Z
2 U1 y: e+ h# O& [6 q$ w
(2)弯管式机头 图8-4为弯管式机头。其结构复杂,没有分流器支架,芯模容易加热,定型长度不长。大小口径管材均适用,特别适用于定内径的PE、PP、PA等塑料管材成型。
+ ~* R! x& u0 U4 w2 ~; D# G; l7 T; Z4 ^( x( ~0 ^$ C
(3)旁侧式机头 图8-5为旁侧式机头,结构复杂,没有分流器支架,芯模可以加热,定型长度也不长。大小口径管材均适用。# g( U1 s5 \5 C8 P
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2.管材挤出机头零件的设计
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(1) 口模
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7 O7 i" x, A1 r8 w& _) X, E
口模是成型管材外表面的零件,其结构如图8-6所示。口模内径不等于塑料管材外径,因为从口模挤出的管坯由于压力突然降低,塑料因弹性恢复而发生管径膨胀,同时,管坯在冷却和牵引作用下,管径会发生缩小。这些膨胀和收缩的大小与塑料性质、挤出温度和压力等成型条件以及定径套结构有关,目前尚无成熟的理论计算方法计算膨胀和收缩值,一般是根据要求的管材截面尺寸,按拉伸比确定口模截面尺寸。所谓拉伸比是指口模成型段环隙横截面积与管材横截面积之比。
# Q' o$ n* ^0 Z1 x

1 S. b* i6 v/ Q" @6 d4 ]" m 3.png % Z" [( K( r( q0 Z6 @2 b7 C
: a2 v7 p, n2 v- g; \  u
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